JPH05296119A

JPH05296119A - エマルジョン燃料エンジン

Info

Publication number: JPH05296119A
Application number: JP4096578A
Authority: JP
Inventors: Taizo Shimada; 泰三嶋田; Akiharu Yamada; 陽春山田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-11-09
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2806137B2

Abstract

(57)【要約】【目的】噴射管へのエマルジョン燃料の注入特性を安
定化させることができ、常に適正かつ効率のよい運転を
可能とするエマルジョン燃料エンジンを提供する。【構成】タンク１の軽油とタンク１１の水とをミキサ
１３で混合し、エマルジョン燃料を作る。このエマルジ
ョン燃料を気筒の噴射ノズル８につながる噴射管７の中
途部に注入する。注入したエマルジョン燃料を噴射ポン
プ４の噴射圧力によって噴射ノズル８に送り込む。噴射
ポンプ４の噴射口４ｂに等圧弁５０を設けてあり、噴射
ポンプ４の非噴射時に噴射管７内の燃料の圧力Ｐｆが上
昇しようとすると、噴射管７内の燃料が等圧弁５０を通
って噴射ポンプ４側に逃げ、圧力Ｐｆは一定値以上には
上昇しない。エマルジョン燃料の注入圧力もある値に一
定であり、よって注入特性が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エマルジョン燃料を
使用するディーゼルエンジンいわゆるエマルジョン燃料
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス（ＮＯｘ、スモークなど）の減
少および燃費の改善を図るために、エマルジョン燃料を
使用するディーゼルエンジン、いわゆるエマルジョン燃
料エンジンが知られている。エマルジョン燃料とは、た
とえば、水と軽油、水と重油、メタノールと軽油という
ように、互いに不溶性の２種類の燃料を混合し、乳化さ
せたものである。

【０００３】このエマルジョン燃料は、気筒の噴射ノズ
ルにつながる噴射管の中途部に注入され、その噴射管に
加えられる噴射ポンプの噴射圧力を受けて噴射ノズルに
送り込まれる。

【０００４】噴射ポンプは、カムシャフトの回転を受け
て上下運動するプランジャを有しており、そのプランジ
ャの下降時にエマルジョン燃料の元である一方の燃料た
とえば軽油を吸込み、その吸込んだ軽油をプランジャの
上昇によって噴射管に噴射する。噴射ポンプの噴射口に
はデリバリブルブが設けられ、噴射ポンプへの燃料の逆
流が防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】噴射ノズルに対するエ
マルジョン燃料の送り込みに、カムシャフトによって駆
動される噴射ポンプの噴射圧力を利用しているため、エ
ンジンの回転数や負荷の変動が噴射管内の燃料の圧力変
化となって現われる。この影響で、噴射管へのエマルジ
ョン燃料の注入が不安定となり、適正な運転が困難にな
るという心配がある。

【０００６】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、噴射管へのエマルジョン燃料
の注入特性を安定化させることができ、常に適正かつ効
率のよい運転を可能とするエマルジョン燃料エンジンを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のエマルジョン
燃料エンジンは、第１の燃料を収容する第１タンクと、
第２の燃料を収容する第２タンクと、この第１タンクお
よび第２タンクの燃料を混合するミキサと、気筒に設け
られた噴射ノズルと、この噴射ノズルに燃料を供給する
ための噴射管と、この噴射管の中途部に上記ミキサで混
合される燃料を注入する手段と、上記第１タンクまたは
第２タンクの燃料を上記噴射管に噴射する噴射ポンプ
と、この噴射ポンプの噴射口に設けられた等圧弁とを備
える。

【０００８】

【作用】第１の燃料と第２の燃料とがミキサで混合さ
れ、エマルジョン燃料が作られる。このエマルジョン燃
料が気筒の噴射ノズルにつながる噴射管の中途部に注入
される。注入されたエマルジョン燃料は、噴射ポンプの
噴射圧力を受けて噴射ノズルに送り込まれる。噴射ポン
プの非噴射時は、等圧弁の働きで、噴射管内の燃料の圧
力が一定値以上にはならない。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。

【００１０】図１に示すように、第１タンク１があり、
その中に第１の燃料たとえば軽油が収容される。このタ
ンク１の軽油はポンプ２によってフィルタ３に送られ、
そこから噴射ポンプ４に送られる。

【００１１】噴射ポンプ４は、燃料を取込んだり余分な
燃料を排出するための給排孔４ａ、燃料を噴射するため
の噴射口４ｂ、カムシャフト５に取付けられているカム
５ａの回転による変位を受けて上下動するプランジャ４
ｃ、このプランジャ４ｃの上面から側面にかけて内部を
貫通して形成された連通孔４ｄなどを有している。

【００１２】つまり、プランジャ４ｃが下降するとき、
そのプランジャ４ｃの上面が給排孔４ａの位置より下が
ったところで、給排孔４ａを通した軽油の吸入が開始さ
れる。次に、プランジャ４ｃが上昇するとき、そのプラ
ンジャ４ｃの上面が給排孔４ａの位置より上がったとこ
ろで、プランジャ４ｃの上方に存する軽油が噴射口４ｂ
から噴射される。そして、プランジャ４ｃの側面におけ
る連通孔４ｄの開口が給排孔４ａに重なったところで、
プランジャ４ｃの上方に存する軽油が連通孔４ｄを通し
て給排孔４ａに流れ、軽油の噴射が終了するようになっ
ている。給排孔４ａに流れた軽油の余り分は、返送管６
を介してタンク１に戻されるようになっている。

【００１３】この噴射ポンプ４の噴射口４ｂに等圧弁５
０が設けられ、その等圧弁５０に噴射管７が接続され
る。この噴射管７は、噴射される軽油や後述するエマル
ジョン燃料を噴射ノズル８に供給するためのものであ
る。ここで、等圧弁５０の具体的な構成を図２および図
３に示す。

【００１４】等圧弁５０は、噴射ポンプ４の噴射口４ｂ
に取付けられる筒状の弁座５１と、この弁座５１に同軸
的に連設された筒状体５２とで外観が構成される。内部
には上下動自在な棒状の弁体５３があり、その弁体５３
が弁座５１の内孔５１ａに摺動可能に嵌め込まれる。ま
た、内部にスプリング５４が設けられ、そのスプリング
５４によって弁体５３に下方向への変倚力が常時与えら
れる。

【００１５】弁体５３の軸心部分に連通孔５３ａが形成
され、その連通孔５３ａに上下動自在な球状の弁体５５
が設けられる。また、連通孔５３ａにスプリング５６が
設けられ、そのスプリング５６によって弁体５５に上方
向への変倚力が常時与えられる。

【００１６】つまり、噴射ポンプ４から噴射される軽油
は、図２の実線矢印で示すように、弁座５１の内孔を上
昇してスプリング５４の変倚力に抗しながら弁体５３を
押し上げ、筒状体５２内に流入する。流入した軽油は噴
射管７に流れ込む。

【００１７】噴射ポンプ４の噴射が止まると、スプリン
グ５４の変倚力で弁体５３が下降し、弁座５１の内孔が
閉塞される。これにより、噴射管７から噴射ポンプ４へ
の軽油の逆流が防止される。

【００１８】噴射ポンプ４の噴射が止まっているとき、
噴射管７内の軽油の圧力が一定値以上に上昇しようとす
ると、図３に破線矢印で示すように、噴射管７側の軽油
が弁体５３の連通孔５３ａに流入してスプリング５６の
変倚力に抗しながら弁体５５を押し下げる。これによ
り、噴射管７側の軽油が連通孔５３ａを通って噴射ポン
プ４側に流れ、噴射管７内の軽油の圧力が一定値以上に
はならない。

【００１９】上記噴射ノズル８は、下部に形成された噴
射口８ａ、この噴射口８ａを上下動により開閉するプラ
ンジャ８ｂ、このプランジャ８ｂに下降方向への変倚力
を与えるスプリング８ｃ、噴射管７から供給される燃料
を噴射口８ａに供給するための給油路８ｄなどを有す
る。

【００２０】つまり、給油路８ｄに燃料が供給される
と、その圧力でプランジャ８ｂが上昇し、噴射口８ａが
開いて燃料が噴射される。そして、給油路８ｂへの燃料
の供給が止まると、プランジャ８ｂが下降し、噴射口８
ａが閉塞されて燃料の噴射が終了するようになってい
る。

【００２１】なお、噴射ノズル８は各気筒に設けられる
分の複数個が用意されており、それに対応して噴射ポン
プ４、返送管６、等圧弁５０、および噴射管７の系統も
複数設けられている。噴射ノズル８で噴射されなかった
燃料の余り分は、返送管９を介して分離器１０に戻され
るようになっている。

【００２２】また、第２タンク１１があり、その中に第
２の燃料たとえば水が収容される。このタンク１１の水
はポンプＰ₂および電磁式の二方弁１２を介してミキサ
１３に供給される。このミキサ１３には、タンク１１の
水の他に、タンク１の軽油がポンプＰ₁および電磁式の
二方弁１４を介して供給される。

【００２３】ミキサ１３は、ポンプＰ₁，Ｐ₂および二
方弁１２，１４を介して供給される２種類の燃料を超音
波振動子の超音波振動によって混合し、乳化させるもの
である。つまり、エマルジョン燃料が作られる。ミキサ
１３で作られるエマルジョン燃料はポンプ１５および供
給管１６によって噴射管７の中途部に送られる。

【００２４】噴射管７の中途部には供給管１６との接続
部７ａがあり、その接続部７ａに逆止弁１７が設けられ
る。この逆止弁１７は、供給管１６側への燃料の流入を
阻止する働きをする。

【００２５】噴射管７には接続部７ａよりも噴射ポンプ
４側に支管７ｂがあり、その支管７ｂに電磁式の二方弁
１８および返送管１９を介して上記分離器１０が接続さ
れる。この分離器１０は、返送管９，１９を介して返送
される燃料を軽油と水に分離する機能を有する。分離器
１０で分離される軽油は返送管２１を介してタンク１に
戻される。分離器１０で分離される水は返送管２２を介
してタンク１１に戻される。ここで、ミキサ１３の具体
的な構成を図４に示す。

【００２６】ミキサ１３は、予混合室３１、この予混合
室３１に並設された主混合室３２、この主混合室３２の
内部に壁面を通して振動部が入り込んだ超音波振動子３
３、この超音波振動子３３の周面と主混合室３２の壁面
との隙間をシールするためのＯリング３４などからな
る。

【００２７】予混合室３１の壁面に、二方弁１２からの
水を導入するための導入口３１ａと二方弁１４からの軽
油を導入するための導入口３１ｂが形成される。また、
予混合室３１と主混合室３２との境界をなす壁面に導入
口３１ｃが形成される。そして、主混合室３２の壁面
に、導出口３２ａが形成される。この導出口３２ａはポ
ンプ１５に接続される。すなわち、超音波振動子３３に
高周波電圧Ｖが印加されると、その超音波振動子３３が
図示破線矢印で示すように超音波振動する。また、二方
弁１２，１４から供給される水と軽油が予混合室３１に
導入され、それが導入口３１ｃを通して主混合室３２に
入る。主混合室３２に入った水と軽油は超音波振動子３
３の超音波振動によって混合され、導出口３２ａから流
出する。

【００２８】一方、４０は制御部である。この制御部４
０に、ポンプ２、ポンプＰ₁，Ｐ₂、二方弁１２、ミキ
サ１３、二方弁１４、ポンプ１５、および二方弁１８が
接続される。

【００２９】制御部４０は、ポンプ２、ポンプＰ₁，Ｐ
₂、二方弁１２、ミキサ１３、二方弁１４、ポンプ１
５、および二方弁１８の動作をそれぞれ制御する機能手
段を有するが、主な機能手段として、ポンプＰ₁，Ｐ₂
を動作させながら二方弁１２，１４を交互に開き、タン
ク１１の水とタンク１の軽油とをミキサ１３に所定の比
率で交互に供給する機能手段を有している。つぎに、上
記の構成において作用を説明する。まず、軽油のみで運
転する場合について述べる。この場合、二方弁１２，１
４が閉じられるとともに、ミキサ１３およびポンプ
Ｐ₁，Ｐ₂，１５の動作が停止される。噴射ポンプ４の
プランジャ４ｃが、カムシャフト５の回転に基づくカム
５ａの変位を受けて上下に往復運動する。

【００３０】プランジャ４ｃが下降するとき、そのプラ
ンジャ４ｃの上面が給排孔４ａの位置より下がったとこ
ろで、給排孔４ａを通した軽油の吸入が開始される。こ
のとき、等圧弁５０により、噴出管７から噴射ポンプ４
への燃料の逆流が防止される。

【００３１】プランジャ４ｃが上昇するとき、そのプラ
ンジャ４ｃの上面が給排孔４ａの位置より上がったとこ
ろで、プランジャ４ｃの上方に存する軽油が等圧弁５０
を開いて噴射口４ｂから噴射される。噴射される軽油
は、噴射管７を介して噴射ノズル８に供給される。

【００３２】プランジャ４ｃの上昇時、そのプランジャ
４ｃの側面における連通孔４ｄの開口が給排孔４ａに重
なったところで、プランジャ４ｃの上方に存する軽油が
連通孔４ｄを通して給排孔４ａに流れ、軽油の噴射が終
了する。給排孔４ａに流れた軽油の余り分は、返送管６
を介してタンク１に戻される。

【００３３】噴射ノズル８では、噴射管７から供給され
る軽油が給油路８ｄを通って噴射口８ａに供給される。
このとき、軽油の供給圧力でプランジャ８ｂが上昇し、
噴射口８ａが開き、気筒内の燃焼室に軽油が噴射され
る。

【００３４】噴射管７からの軽油の供給が止まると、プ
ランジャ８ｂが下降して噴射口８ａが閉塞され、軽油の
噴射が終了する。噴射ノズル８で噴射されなかった軽油
の余り分は、返送管９を介して分離器１０に戻され、そ
こから返送管２１を通ってタンク１に戻される。こうし
て、ディーゼルエンジンが軽油により運転される。次
に、エマルジョン燃料で運転する場合について述べる。

【００３５】この場合、ポンプＰ₁，Ｐ₂が動作し、さ
らに図５に示すように二方弁１２，１４が交互に開か
れ、タンク１１の水およびタンク１の軽油がミキサ１３
に交互に供給される。ミキサ１３に供給された水および
軽油は超音波振動子３３の超音波振動によって混合さ
れ、乳化される。これにより、エマルジョン燃料が作ら
れる。ミキサ１３で作られたエマルジョン燃料は、ポン
プ１５の動作により供給管１６に送られ、そこから噴射
管７の中途部の接続部７ａに送られる。

【００３６】噴射ポンプ４の非噴射時、噴射管７内の燃
料の圧力が接続部７ａに送られるエマルジョン燃料の圧
力よりも低くなると、そのエマルジョン燃料が噴射管７
に注入される。

【００３７】また、この非噴射時は、二方弁１８が所定
時間だけ開き、噴射管７の支管７ｂに残っている燃料と
上記注入されるエマルジョン燃料とが返送管１９に引き
込まれる。

【００３８】二方弁１８が閉じたとき、支管７ｂにはエ
マルジョン燃料のみが残り、図１に斜線で示すように、
支管７ｂの位置がエマルジョン燃料と軽油との境界点と
して設定される。噴射管７に注入されたエマルジョン燃
料は、すぐに噴射ポンプ４の噴射圧力を受けて噴射ノズ
ル８へと送り込まれる。

【００３９】この噴射時は噴射管７内の軽油が支管７ｂ
の位置を越えて噴射ノズル８側に浸入するが、その軽油
は非噴射時の二方弁１８の開放により、すぐにまた返送
管１９へと引き込まれる。

【００４０】噴射ノズル８に送り込まれるエマルジョン
燃料は、給油路８ｄを通って噴射口８ａに供給される。
このとき、エマルジョン燃料の圧力でプランジャ８ｂが
上昇し、噴射口８ａが開き、燃焼室にエマルジョン燃料
が噴射される。

【００４１】噴射ポンプ４の噴射が止まると、エマルジ
ョン燃料の送り込みが終わり、プランジャ８ｂが下降し
て噴射口８ａが閉塞され、エマルジョン燃料の噴射が終
了する。噴射ノズル８で噴射されなかったエマルジョン
燃料の余り分は、返送管９を介して分離器１０に戻され
る。

【００４２】分離器１０に戻されたエマルジョン燃料
は、そこで元の水と軽油に分離される。分離された軽油
は返送管２１によりタンク１に戻され、水は返送管２２
によりタンク１１に戻される。こうして、ディーゼルエ
ンジンがエマルジョン燃料により運転される。

【００４３】ところで、噴射ポンプ４から噴射管７に噴
射される軽油の量はエンジンの回転数や負荷に応じて変
化する。この噴射量の変化は、噴射管７内に残る燃料の
圧力変動となって現われる。

【００４４】噴射ポンプ４の非噴射時、噴射管７内の燃
料の圧力が一定値以上に上昇しようとすると、図３に破
線矢印で示したように、噴射管７側の燃料（軽油）が等
圧弁５０を通って噴射ポンプ４側に流れる。したがっ
て、非噴射時は、圧力上昇が押さえられ、図６に示すよ
うに、噴射管７内の燃料の圧力Ｐｆが一定以上にはなら
ない。

【００４５】これに対し、噴射管７に対するエマルジョ
ン燃料の注入圧力もある値に一定であるため、噴射管７
に対するエマルジョン燃料の注入特性が安定化する。よ
って、常に適正かつ効率のよい運転が可能となる。

【００４６】なお、噴射ポンプ４の噴射が終わった後、
図６に破線で示すように、噴射管７内の圧力Ｐｆに噴射
ノズル８からの反射波が生じる。噴射ポンプ４の近くの
燃料中には噴射のオン，オフに伴なう空気の泡が多数存
在しており、その泡に上記の反射波が加わると、泡がつ
ぶれる。この泡のつぶれは、噴射管７の内周面を損傷
し、噴射管７にいわゆる虫喰い現象を生じさせる。この
虫喰い現象が続くと、そのうちに噴射管７の破壊に至っ
てしまう。ただし、この反射波も等圧弁５０によって押
さえられ、泡のつぶれが防止される。よって、噴射管７
の耐久性が向上する。

【００４７】また、ミキサ１３で作られるエマルジョン
燃料は、超音波振動によって混合されるので、均一な径
の水の粒子が軽油中に多数存在する状態となり、乳化が
安定する。

【００４８】しかも、乳化が安定しているので、乳化剤
（界面活性剤）を使用する必要がなく、よって分離器１
０に戻されたエマルジョン燃料を水と軽油に分離するの
が容易かつ迅速であり、分離器１０として特別の構造の
ものを採用する必要がない。これは、コストの低減につ
ながる。また、超音波振動子３３の駆動電力は小さいの
で、消費電力が低減して省エネルギ効果が得られる。

【００４９】なお、上記実施例では、ミキサ１３で作ら
れるエマルジョン燃料をポンプ１５によって噴射管７に
直接的に注入する構成としたが、図４に示すように、ミ
キサ１３で作られるエマルジョン燃料をタンク６１に蓄
え、そのタンク６１のエマルジョン燃料をポンプ１５の
動作と電磁式の二方弁６２の開放とで噴射管７に注入す
る構成としても同様に実施可能である。この場合、二方
弁６２の開時間によってエマルジョン燃料の注入量を調
節することができる。

【００５０】この注入量の調節により、エマルジョン燃
料と軽油との境界点を所望の位置に設定することが可能
であり、よって第１実施例の支管７ｂ、二方弁１８、返
送管１９が不要となる。

【００５１】噴射ノズル８で噴射されなかった余ったエ
マルジョン燃料は返送管９によってタンク６１に戻され
る。したがって、第１実施例の分離器１０および返送管
２１，２２も不要となる。

【００５２】この場合、注入箇所にある逆止弁１７の流
量係数をμ、逆止弁１７の開口面積をＡ、エマルジョン
燃料の注入圧力をＰｅ、二方弁６２が開いている時間を
ｔｅとすれば、エマルジョン燃料の注入量Ｑｅは次式で
表わされる。Ｑｅ＝μ・Ａ・（Ｐｆ−Ｐｅ）^1/2 ・ｔｅつまり、μ、Ａ、Ｐｆ、Ｐｅはそれぞれ一定であるか
ら、ｔｅのみでＱｅを正確に調節することができる。ま
た、上記実施例では、燃料として水および軽油を用いた
が、他の燃料を用いる場合にも同様に実施可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、エ
マルジョン燃料を噴射管の中途部に注入し、それを噴射
ポンプの噴射圧力によって噴射ノズルに送り込むととも
に、噴射ポンプの非噴射時は等圧弁によって噴射管内の
燃料の圧力を一定値に保つ構成としたので、噴射管への
エマルジョン燃料の注入特性を安定化させることがで
き、常に適正かつ効率のよい運転を可能とするエマルジ
ョン燃料エンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成図。

【図２】同実施例の等圧弁の構成および噴射時の動きを
断面して示す図。

【図３】同実施例の等圧弁の構成および非噴射時の動き
を断面して示す図。

【図４】同実施例のミキサの具体的な構成を断面して示
す図。

【図５】同実施例の二方弁の動作を示すタイムチャー
ト。

【図６】同実施例の噴射管内の燃料の圧力変化を示す
図。

【図７】同実施例の変形例の構成図。

【符号の説明】

１…第１タンク、４…噴射ポンプ、７…噴射管、８…噴
射ノズル、１１…第２タンク、１２…二方弁、１３…ミ
キサ、１４…二方弁、１５…ポンプ、１７…逆止弁、４
０…制御部、５０…等圧弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 37/00 ３４１Ｈ 7049−3Ｇ 55/02 ３５０Ｅ 9248−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の燃料を収容する第１タンクと、第
２の燃料を収容する第２タンクと、この第１タンクおよ
び第２タンクの燃料を混合するミキサと、気筒に設けら
れた噴射ノズルと、この噴射ノズルに燃料を供給するた
めの噴射管と、この噴射管の中途部に上記ミキサで混合
される燃料を注入する手段と、上記第１タンクまたは第
２タンクの燃料を上記噴射管に噴射する噴射ポンプと、
この噴射ポンプの噴射口に設けられた等圧弁とを備えた
ことを特徴とするエマルジョン燃料エンジン。